DE2523466A1

DE2523466A1 - Kreiselkompass-ausrichtsystem

Info

Publication number: DE2523466A1
Application number: DE19752523466
Authority: DE
Inventors: George Galuschak
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1976-04-29
Also published as: NO141026B; SE7507037L; IL47282A0; NO141026C; JPS5148353A; US3962797A; CA1057088A; GB1496964A; FR2288297A1; FR2288297B1; NO753393L; SE410223B; IL47282A

Description

Kreiselkompaß-Ausrichtsystem

Die Erfindung "betrifft ein. Kreiselkompaß-Ausrichtsystem. Solche Systeme werden in Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen zur Navigation "bzw. Bestimmung des Steuerkurses verwendet.

Es sind Steuerkurs-Bezugseinheiten bekannt, welche aus einer zweiachsigen Plattform mit zwei Freiheitsgraden oder einer in zwei Kardanringen aufgehängten Plattform bestehen, die durch Plattform- und Kreiselkompaß-Elektronik gehalten wird. Die Plattform ist kardanisch um einen zweiachsigen Kreisel aufgehängt, der in Verbindung mit Libellen-Niveaufühlern oder Beschleunigungsmessern zusammenarbeitet, um den Ostkreisel in wahrer Ost-West-Eichtung und den Azimutkreisel in der geographischen Nordrichtung zu halten. Die Plattform ist ferner mit einer Vorrichtung zum Lesen des Steuerkurses des Fahrzeugs verbunden, in welchem die Steuerkurs-Bezugseinheit gelegen ist. Der innere Kardanring der Plattform ist dazu bestimmt, um Ost zu rotieren, und enthält den Kreisel und die Fühler. Der äußere Kardanring ist zur Drehung im Azimut bestimmt. An jedem Kardanring sind direkt antreibende Gleichstrom-Momentengeber angebracht plus einem Synchronmechanismus an der Azimutachse für die Steuerkursab-

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lesung. Diese Komponenten wirken zusammen, um die dem Kreiselkompaß-System gestellten Aufgaben zu bewältigen. Außerdem wird der äußere "bestmögliche, wahre Steuerkurs" (Best Available True Heading, BATH) gefordert, der mit den erwähnten Komponenten arbeitet, um eine kurze Reaktionszeit zu erzielen. D.h., die BATH-Bezugnahme wird für den Kreiselkompaß von den großen Anfangswinkeln innerhalb einer kurzen Zeitperiode benötigt.

Das Steuerkurs-Bezugssystem, das einen äußeren Azimutbezug oder BATH verwendet, soll kurze Reaktionszeiten erreichen. Indessen bestehen aber die BATH-Bauelemente üblicherweise aus einem magnetischen Kompaß, der die unerwünschten Eigenschaften hat, durch magnetische Veränderungen versetzt zu werden, welche angenähert und von Hand in der Steuerkursbezugseinheit voreingestellt werden müssen. Diese Handbetätigung ergibt einen zusätzlichen, unerwünschten Faktor menschlichen Irrtums. Ein anderer Nachteil der Systeme, die BATH-Bezug verwenden, besteht darin, daß, um zehn Minuten Reaktionszeit zu erreichen, komplizierte Schemata ablaufen müssen, die zusätzliche Kosten verursachen. Weiterhin erfordern solche Schemata ein besonders günstiges thermisches Verhalten der Plattform und Komponentenfühler, die geringe Drift, ausgezeichnete Wiederholbarkeit und sehr genaues Verhalten zeigen. Alle diese Eigenschaften verursachen sowohl Kosten als auch längere Reaktionszeiten*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere diese Nachteile zu beheben und ein Kreiselkompaß-Ausrichtsystem zu schaffen, bei welchem eine schnelle Ausrichtung ohne einen äußeren Azimut-Bezug sichergestellt ist. Diese Aufgabe ist durch die im Patentbegehren gekennzeichneten Merkmale gelöst.

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Das Steuerkurs-Bezugssystem nach der vorliegenden Erfindung ist unabhängig und vermeidet die vorstehend erwähnten Nachteile, weil es sich nicht auf einen äußeren Azimut-Bezug oder auf BATH verläßt. Datei wird aber nach der vorliegenden Erfindung die Ausrichtung "bei großen Anfangswinkeln innerhalb derselben Zeitperiode wie bei BATH erreicht. Die Ausführungen nach der vorliegenden Erfindung hat daher die Vorteile der Kostenersparnis durch Vermeiden der BATH-Ausführung und der dafür erforderlichen Bauelemente, Ausschalten menschlichen Irrtums, da magnetische Veränderungen nicht von Hand vorgegeben werden müssen, Aufhebung der Forderung, die magnetischen Veränderungen aus Nord-Karten oder aus äußerer Herkunft zu bestimmen, und die Herabsetzung der Anforderungen an die Wärmereaktion der Plattform und an die Komponenten-Genauigkeit. Außerdem bietet die vorliegende Erfindung die Vorteile einer erhöhten Zuverlässigkeit, da die Steuerkurs-Bezugseinheit bis zu ihrem Endwert dreht, und, da das Kreiselkompaß-System bis zum Endwert arbeitet, wird die Genauigkeit erhöht.

Die vorliegende Erfindung liefert Weitwinkel-Kreiselkompaßausrichtung in einer Zeitspanne von 10 bis 15 Minuten, ohne das Erfordernis einer äußeren Azimut-Bezugnahme. Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Mittel zur Steuerung der einen Achse einer Zweiachsen-Plattform, während die andere Achse mit sehr großer Geschwindigkeit gedreht wird. In der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang von einem Libellen-Nordfühler zu einer Schaltvorrichtung geleitet, die eine Grobausrichtung und ein Kreiselkompaß-System versorgt. In der Grobausrichtung wird der Nordfühler-Ausgang zusammen mit einem vertikalen Anf angs-Fehlersignal an einen schnellen Ostmomentengeber angelegt, der den Ost-Kardanring in Ost-West-

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Richtung grob ausrichtet. Nach Ausführung dieser Tätigkeit wird der Schalter automatisch auf das Kreiselkompaß-System geschaltet und gleichzeitig das Signal vom Nordfühler auf die Ostkreisel- und die Azimutkreiselschleifen gelegt. Ein Schwellenspannungsdetektor erfühlt die Größe des Signals vom Nordfühler. Wenn das Signal innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, erfolgt die Azimutdrehung mit geringer Geschwindigkeit. Wenn aber das Signal vom Nordfühler den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, erfolgt Azimutdrehung mit hoher Geschwindigkeit in der Azimut-Kreiselschleife, während die Ost-Kreiselschleife entweder blockiert oder mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches das frühere Steuerungsbezugssystem unter Verwendung von äußerem Azimut-Bezug oder BATH zeigt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die Ostkreisel- und Azimutkreisel-Schleifen nach der Erfindung zeigt, in denen der äußere Azimut-Bezug vermieden ist;

Fig. 3 A ein Diagramm des Azimuts gegenüber der Zeit;

Fig. 3 B ein Diagramm des Libellenfühler-Ausgangs gegenüber der Zeit;

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SIg. 4 A ein Diagramm ähnlich EIg. 3 A, in welchem die Kreiselkompaß-Ausrichtung nach Nord in 800 Sekunden durchgeführt wird;

4 B ein Diagramm ähnlich RLg. 3 B, in welchem der Libellenfühler-Ausgang gegenüber der Zeit dargestellt ist;

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem die Kurven die Kreiselkompaß-Ausrichtung nach Nord in 600 Sekunden zeigen, wobei lediglich Grobausrichtung und Kreiselkompaßausrichtung verwendet werden; und

Fig. 6 ein Diagramm ähnlich Fig. 5> in welchem der Ost-Kardanring anfangs mit 1,8° nicht fluchtet, wenn er in die Kreiselkompaßausrichtung eintritt.

In Fig. 1 ist ein Nord-Libellenfühlerausgang 12 an einen Wahl schalter S1 gelegt. Dieser Schalter ist ein Dreistellungsmehrfachschalter, der aus den Teilen S1a, S1b und S1c besteht. Wenn der Schalter S1 auf Grobausrichtung in der Stellung 1 steht, wird ein Signal als Zeichen einer Abweichung des Ostkardanringes von der Hordrichtung auf den Ostverstärker 13 hoher Verstärkung gegeben, der seinerseits ein Signal auf den Momentengeber großer Geschwindigkeit 14 gibt, dessen Ausgang wiederum auf den Summierungspunkt 16 gegeben wird und von dort auf den Ostkreisel 17. Ein Ausgang vom Ostkreisel wird dann an Block 28 gelegt zur örtlichen Schwerekompensation. Der Ausgang von Block 28 wird an den Summierungspunkt 11 gelegt und von dort auf den Eingang des Nord-

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fühlers 12. Zur gleichen Zeit, in der ein Nordfühlersignal an die schnelle Ostmomentengeberschleife gelegt wird, wird ein Azimut-Bezugssignal oder BAiEH 10 über den Teil S1b des Schalters S1 an den Azimutverstärker 26 angelegt, der seinerseits ein Signal an den Azimut-Momentengeber 27 großer Geschwindigkeit gibt, dessen Ausgang auf den Azimutkreisel 25 gelegt wird, dessen Ausgang wiederum an den Erdwinkelgeschwindigkeit s-Stromkreis 24 gelangt. Der Ausgang vom Block 24 wird an ein Summierungs-Netzwerk 16 gelegt, wo er vereinigt wird mit den Signalen von der Ostkreiselschleife zum Anlegen auf den Ostkreisel 17· Die Grobausrichtungsstellung des Schalters S1 ist eine 90-Sekundenstellung, in welcher der Ost-Kardanring grob ausgeregelt wird unter Benutzung des Nordfühlers, und in welcher der Azimut unter Benutzung von BATH ausgerichtet wird innerhalb von £ 7° von geographisch Nord.

Wenn der Schalter S1 auf Feinabgleich in Stellung 2 geschaltet ist, wird der Ausgang vom Libellenfühler auf den Verstärker 18 gelegt in Verbindung mit dem Ostmomentengeber 19 geringer Geschwindigkeit, dessen Ausgang auf den Ostkreisel 17 über das Summierungs-Netzwerk 16 gelegt ist. In dieser Stellung des Schalters S1 wird kein Eingang auf eine der Azimut-Kreiselschleifen gelegt. Der Jeinabgleich ist ein 5-Minutenabgleich, und dabei wird die Ost-Kardanaufhängung exakt in einer zweiten Ordnung abgeglichen. Am Ende der 5 Minuten ist die Ostkardanring-Stellung, gemessen durch den Nordfühler, geneigt als Funktion von u> _ cos Λ sin Θ, der Erdwinkelgeschwindigkeit.

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Wenn der Wählschalter S1 in Stellung 3 auf das Kreiselkompaß-System geschaltet ist, wird der Ausgang vom Idbellenfühler auf den Vorverstärker 20 gelegt, von welchem das Signal an den Verstärker 21 geleitet wird zur weiteren Zuführung an den Ostmomentengeber 19 geringer Geschwindigkeit und das Summierungs-Netzwerk 16. Dasselbe Signal wird vom Vorverstärker 21 auf den Schalterteil S1c von S1 gelegt und von dort auf den Verstärker 22, bevor es dem Azimutmomentengeber 23 geringer Geschwindigkeit zugeführt wird, und dessen Ausgang wird auf den Azimutkreisel 25 gelegt. Der Ausgang vom Kreisel 25 wird auf den Erdgeschwindigkeits-Stromkreis 24- gelegt und am Summierungs-Netzwerk 16 vereinigt mit dem Ausgang vom Ostmomentengeber geringer Geschwindigkeit zum Anlegen auf den Ostkreisel 17. Die Kreiselkompaßausrichtung erfolgt in 3j5 Minuten oder 210 Sekunden, wobei die Schleife dritter Ordnung wie eine Schleife zweiter Ordnung reagiert mit einer Dämpfung von 0,7. Die Schleifenbewegungen sind so eingestellt, daß Nullübergang (oder Nordübergang) eintritt während des ersten Viertels einer gedämpften Schleifenschwingung, 3 1/2 Minuten nach ihrer Einbeziehung in die Kreiselkompaßausrichtung. Dieser Übergang ist normalerweise unabhängig von den Anf angs-Azimutwinkeln von Norden. Aber die elektronische Sättigung verhindert den Übergang nach 3>5 Minuten für größere Winkel als +_ 7° von Norden. Weil nach BATH der Azimutwinkel innerhalb +_ 7° Nord ausgerichtet ist, ist die Kreiselkompaßausrichtung eine auf 3₅5 Minuten zeitlich exakt festgelegte Ausrichtung, in welcher die Präzession aufhört, wenn Nullübergang oder Nordübergang eintritt. Nordbezug ist daher erreicht.

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In Fig. 2 ist das verbesserte Steuerkurs-Bezugssystem oder Kreiselkompaß-System nach der Erfindung dargestellt. Die Bezugszeichen im Blockdiagramm der Fig. 2 sind dieselben, wie in Hg. 1; in Pig. 2 haben dieselben Blöcke dieselbe !Funktion, wie in KLg. 1 beschrieben ist. In Fig. 2 wird ein Signal, das die Abweichung von Norden angibt, vom Nordfühler 12 abgeleitet und^auf den Wählschalter S2 gelegt. S2 ist ein Mehrfachschalter, der aus drei Teilen S2a, S2b und S2c besteht und zwei Stellungen auswählt, nämlich Grobausrichtung und Kreiselkompaß-Ausrichtung. Wenn S2 auf Grobausrichtung geschaltet ist, entsprechend der Stellung 1 von S2, legt der Teil S2a. das Signal vom Nordfuhler auf die Ostmomentengeberschleife hoher Geschwindigkeit. Ferner gibt in dieser Stellung der Teil S2c ein Fehlersignal an den Summierungspunkt 9» wo dieses mit dem Signal vom Nordfuhler 12 vereinigt wird. Dieses Fehlersignal wird benutzt, um das Nullen an Süd zu verhindern und wird weiter unten näher erläutert. In Stellung 1 des Schalters S2 wird kein Signal an die Azimutschleifen angelegt. Die kombinierten Signale von S2a und S2c werden zunächst dem Verdarker 13 zugeführt, wo sie verstärkt werden und dann zum Ost-Momentengeber 14 geleitet werden. Der Ausgang vom Ost-Momentengeber hoher Geschwindigkeit wird dann auf den Summierungspunkt 16 gelegt und von dort auf den Ostkreisel 17» ferner den Schwereblock 28 und von dort auf den Summierungspunkt 11 und weiter zum Eingang des Nordfühlers 12. Diese Stellung des Wählschalters ist eine 90-Sekundenstellung ähnlich zu der Wirkungsweise, die in Fig. 1 beschrieben ist. In dieser Stellung wird der Ostkardanring roh abgeglichen unter Benutzung des Nordfühlers.

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Wenn der Schalter S2 auf Stellung 2, der Stellung für das Kreiselsystem, gelegt wird, wird der Ausgang vom Nordfühler über S2a auf die Ostschleife geringer Geschwindigkeit und über S2a und S2b auf die Azimutkreiselschleifen gelegt. Speziell'.wird das Signal vom Nordfühler auf den Verstärkerblock 20 gelegt und weitergeleitet zum Verstärker 21 und zum Ostmomentengeber niedriger Geschwindigkeit 19» und von dort zum Summierungspunkt 16. Dasselbe Signal wird ebenfalls auf den Verstärker 22 der Azimutkreiselschleife gegeben. In Abhängigkeit von der Höhe der am Schwellenspannungsdetektor 30 ermittelten Spannung wird ein Ausgang vom Azimutmomentengeber geringer Geschwindigkeit 23 oder vom Azimutmoment engeber großer Geschwindigkeit 27 gegeben als Eingang zum Azimutkreisel 25 vom Summierungspunkt 31 aus. Der Ausgang vom Azimutkreisel 25 wird dann auf den Erdgeschwindigkeitsblock 24 gelegt. Am Summierungspunkt 16 werden die Ausgänge von den Blöcken 19 und 24· summiert und auf den Ostkreisel 17 gelegt. Der Ausgang vom Ostkreisel wird auf den Schwereblock 28 gelegt, und der Ausgang von 28 wird auf den Eingang des Nordfühlerblockes über den Summierungspunkt 11 gelegt.

Wie aus I¹Ig. 2 ersichtlich, überwacht der Schwellendetektor 30 die Spannung, die an den Azimutmoment engeber geringer Geschwindigkeit 23 gelegt wird. Der Schwellendetektor 30 hat die Aufgabe, zu ermitteln, ob der Anfangswinkel von Nord beim Eingang in das Kreiselkompaß-System größer ist als + 7°· Wie vorher festgestellt wurde, ist der Nordfühl.er das grundlegende Element für das Kreiselkompaß-System. Mit dem Plattformniveau ist der Ausgang des Nordfühlers 12 propor-

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tional zu£j cos "X sin θ, wo tO die Erdgescliv/indigkeit, λ die Breite und θ der Winkel von Nord ist. Der Ausgang vom Nordfühler wird auf den Skalen der Verstärker 20 und 22 angezeigt, und das an den Schwellendetektor geleitete Signal ist ein Maß für 9. Der Schwel1endetektor ist mit einer Skala in +_ V (YoIt) versehen, die den Θ-Winkeln entspricht,^^ 7°< Wenn der Anfangsazimutwinkel im Kreiselkompaß-System größer ist als +_ 7°» wird die Schwellenspannung +_ Y überschritten und entweder das Relais R1 oder R2 erregt, um eine Spannung +Yg oder -Yg auf den Azimutmomentengeber großer Geschwindigkeit 27 zu schalten. Das Relais R1 kann für einen positiven Weitwinkel und das Relais R2 für einen negativen Weitwinkel bestimmt sein. Beide Azimutmoment engeber 23 und 27 sind daher bestrebt, den Azimutkreisel 25 zu drehen.

Es ist zu bemerken, daß der Azimutverschiebungswinkel Q den Ostkreisel kinematisch einstellt über 63 cos λ bei 17. Auf diese Art wird der Azimut kardanring nach Word gedreht und der Azimutverschiebungswinkel O verringert, bis die Spannung am Eingang des Schwellendetektors 30 unter den Schwellenwert +_ V verringert ist und die normale Azimutdrehung nach Nord wieder hergestellt ist. Dies ist ein sehr geeignetes Mittel, um den Azimutkreisel von Anfangs-Steuerkurswinkeln größer als +_ 7° in einer sehr schnellen Weise zu drehen. Die Geschwindigkeit, mit der der Azimutkreisel gedreht werden kann, ist aber beschränkt aufgrund der Reaktionen des Ostkardanringes und des Nordfühlers auf die Azimutdrehung hoher Geschwindigkeit.

Die Ostkardanringschleife muß über die Kontakte 1 und 2 in der Rückkoppelungsschaltung des Verstärkers 21 verändert

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werden, um die Ostkardanringbewegung während der schnellen Azimutdrehung zu beschränken. Wesentlich ist, daß der Ostkardanring durch die Kontakte der Relais El und E2 blockiert wird, wenn die Azimutdrehung hoher Geschwindigkeit stattfindet.

Schwellenspannungen von +.3,5 Volt Gleichspannung und Azimutdrehung mit hoher Geschwindigkeit bei Spannungen von £ 15 Volt Gleichspannung können benutzt werden, um schnelle Bewegung des Kreiselkompaß-Systems zu erreichen. In Fällen, in denen die Präzession bei schneller Azimutdrehung 3 900° je Stunde betrug, wurde der Ostkardanrahmen um den Faktor 7 erhöht. Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Reaktionszeit von 10 Minuten von Azimutwinkeimbis zu +_ 170° von Nord und eine Reaktionszeit von 15 Minuten für Azimutwinkel von +_ 170° bis £ 180° von Nord erzielt. Die Genauigkeit ist dabei abhängig von der Qualität des verwendeten Kreisels.

Fig. 3A enthält die Aufzeichnung Azimut gegen Zeit und zeigt das Ergebnis des Weitwinkelsystems. Das Schema überwacht den Nordfühlerausgang, gemessen am Azimutmomentengeber geringer Geschwindigkeit in der Kreiselkompaßstellung. Wenn die Spannung am Momentengeber +_ 3»5 Volt Gleichspannung überschreitet (entsprechend einem Azimutsteuerkursausgang größer als + 7°)j erlauben Zenerdioden im Schwellendetektor das Schalten des Azimutmomentengebers großer Geschwindigkeit mit einer festen Spannung in den Rahmen.

Fig. 3 B enthält die Aufzeichnung Nordlibellenausgang gegen Zeit. Die Dauer der Grobausrichtung (90 Sekunden),

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Feineinpegelung (5 Minuten) und Kreiselkompaßausrichtung sind in den Zeichnungen der Fig. 3 A und 3 B dargestellt und bestimmen die Bewegung des Azimutkardanrahmens und des Nordlibellenfühlers in jeder der Ausrichtungsarten. In der Grobausrichtung hat der Azimut einen Anfangssteuerkurs von 172° entfernt von Nord, während die Nordlibelle null anzeigt (Ostkardanring-Niveau). In der Feineinregelung wird der Azimutrahmen nicht gedreht und auf 172° gehalten, während die Schleifenaufrichtung •zweiter Ordnung des Ostkardanrahmens begonnen wird. Hinzuweisen ist auf das Ansprechen des Libellenausganges in der Feineinpegelung und ebenso darauf, daß am Ende der Feineinpegelung der Libellenausgang am Azimutmomentengeber geringer Geschwindigkeit größer ist als - 3»5 Volt Gleichspannung und dadurch anzagt, daß der Azimutmoment engeber großer Geschwindigkeit angestoßen wird, sobald die Kreiselkompaßausrichtung beginnt. Wenn die Kreiselkompaßausrichtung beginnt, befinden sich beide Azimutmomentengeber im Anfangs zustand, wie oben beschrieben ist. Der Ostkardanringlibellenausgang wird größer, wenn de'r Azimutkardanring von 172° auf 90° geht (wie es sein soll, wenn der maximale Erd-Grad 90° beträgt). Der Ostkardanring erreicht eine Spitze bei 90° und wird geringer, wenn der Azimut kardanring von 90° nach Nord gedreht wird. Fig. 3 B zeigt den Nordlibellenausgang und in welcher Art dieser die Azimutdrehgeschwindigkeiten steuert, bis der Libellenausgang auf null dämpft und eine Nordbezugnahme erreicht ist. In diesem Schema ist der Maximalbetrag, um den der Azimutkardanring gedreht werden kann, etwa 900° je Stunde. Die Einschränkung ist zurückzuführen auf die Reaktion des Ostkardanringes und des Libellenfühlers, wenn beim zu schnellen Drehen des Azimuts Schwingungsbedingungen entstehen. Dieses

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Schema erreicht einen Nordbezug in ungefähr 30 Minuten. Der oben beschriebene Begrenzungsfaktor zum Erreichen eines Nordbezugs bei größerer Geschwindigkeit ist in erster Linie zurückzuführen auf die Ostkardanring/Libellenausgangsreaktion, wenn der Azimutkardanring bei großer Geschwindigkeit gedreht wird.

Die ilg. 4 A und 4 B enthalten die Aufzeichnungen eines Kreiselkompaßschemas, in welchem Nord in 800 Sekunden erreicht wurde durch Steuerung des Ostkardanringes und Libellenausgangs, und der Azimutkardanring mit seinem Höchstwert (3 900° je Stunde) gedreht werden kann. Die Ergebnisse wurden sehr einfach erreicht durch Anheben des Skalenfaktors (von 35° de Stunde auf 250° je Stunde) des Ostmomentengebers, sobald die Azimutdrehmomente großer Geschwindigkeit eingeschaltet waren. Die Ostschleife wurde um ein großes Teil enger gezogen, um jede Bewegung des Ostrahmens zu verhindern, s olange die Azimutachse mit sehr großer Geschwindigkeit gedreht wird. Wenn die Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit ausgeschaltet sind, werden die normalen Kreiselkompaß-Schleifenkonstanten wieder hergestellt, und da keine heftige Bewegung des Ostkardanringes ausgeführt wurde, dreht das System langsam nach Nord mit einem Minimum an Kraftaufwand.

Zum Steuern der Ostachse bestehen zwei Möglichkeiten, die erste besteht in einer einfachen Änderung der Verstärkung der Beschränkungsbewegung des Kardanringes der Ostschleife in der Nähe des Schwellenniveaus, die zweite besteht darin, daß eine außerordentlich große Verstärkung der Ostschleife vorgenommen wird, wie in der Darstellung gezeigt ist, wobei ein

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Schwingungs- oder starker Erschütterungszustand für die Ostachse gegeben ist, wenn die Azimut drehung bei hoher Geschwindigkeit gefordert wird. Die Betriebsweise wird nachfolgend erklärt:

1. Wenn die Azimutmomentengeber großer Geschwindigkeit eingeschaltet sind, wird die OstSchleifenverstärkung auf einen großen Wert geändert,

2. die Veränderung der Ost schleife erzeugt eine sehr enge Schleife, die veranlaßt, daß sich die Ostachse nach Null dreht,

3- wenn die Ostachse nach Null geht und der Libellenfühler weniger als £3,5 Volt Gleichstrom anzeigt, werden die Azimut-Momentengeber großer Geschwindigkeit ausgeschaltet, die normalen Kreiselkompaß-Schleifenverstärkungen behalten,

4. die normale Ostschleifenverstärkung verursacht, daß die Ostachse sich zurück nach Null dreht, über das Schwellenniveau von +.3,5 Volt Gleichspannung hinaus,

5. die Azimut-Momentengeber hoher Geschwindigkeit werden zurückgeschaltet, zusammen mit der hohen Ostschleifenverstärkung,

6. die obigen Zustände wiederholen sich, bis das System nahe an Nord ist, wenn Einschalten großer Geschwindigkeit nicht durchführbar ist.

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Wesentlich ist, daß der Ostkardanring am Schwellenniveau blockiert ist, während die Weitwinkel-Kreiselkompaßausrichtung durchgeführt wird, und freigegeben wird, wenn das System nahe Nord ist.

ELg. 5 stellt eine Erweiterung des Weitwinkelkreiselkompaß-Systeme s dar. Die Feineinpegelung ist vollständig weggelassen. Die Azimutkardanringe sind anfangs bei 172° (Kurve A) und 90° (Kurve B), und bei Eintritt in die Kreiselkompaß-Ausrichtung ist die Ostachse Pegel und die Libellenfühleranzeige ist null. Entsprechend der Aufzeichnung in ELg. 5 sind zu Anfang die Azimutdrehgeschwindigkeiten sehr gering beim Eintritt in die Kreiselkompaß-Ausrichtung, bis der Libellen-Nijptveaufühler das Sättigungsniveau in einem Zeitpunkt ausbildet, in dem die Weitwinkel-Kreiselkompaßausrichtung beginnt. Es ist zu bemerken, daß bei der Kreiselkompaßausrichtung eine Genauigkeit unterhalb der 600-Sekundenmarke erreicht wird.

Jig. 6 zeigt dieselbe Darstellung wie S¹Xg. 5, öle Ostachse war aber fehlausgerichtet um 1,8° bei Eintritt in die Kreiselkompaßausrichtung. Vier Aufzeichnungen, Kurven A, B, C und D, mit Anfangs-Kurssteuerungswinkeln von 0° bzw. 17°* 90° und 180° sind dargestellt. Wegen der Kardanringfehl ausrichtung - in jedem lalle war der Azimut kardanring anfangs in der falschen Sichtung gedreht - berichtigte sich das System, und innerhalb von 10 Minuten war die Genauigkeit der Kreiselkompaßausrichtung erreicht.

Die Azimutausrichtung basiert auf der Tatsache, daß die Plattform, wenn sie auf Niveau gehalten wird, im Raum

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mit Erdgeschwindigkeit rotieren muß. Wenn daher die Plattform Niveau ist und bei einem Azimutwinkel von Nord durch 0 bestimmt ist, muß die Präzessionsgeschwindigkeit um die Ostachse durchcu cos ^ sin 0 gegeben sein, worin 65 die

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Erdgeschwindigkeit und λ die Breite ist. Wenn die Geschwindigkeit der Präzession, die durch den Nordfühler getrieben wird, benutzt wird, um die Azimut achse zu drehen, wird das System nur dann Gleichgewicht erreichen, wenn Q cos λ sin θ verschwindet. Wenn G » 0, verschwinden die Azimut- und Ost-Präzessionsgeschwindigkeiten, und der Nordfühl·er ist Niveau und zeigt nach Norden.

Prüfung des Ausdruckes cd cos λ sin 0 zeigt, daß der Nordfühler seinen Maximalwert bei 0 ■ 90 und 270 hat (Azimutwinkel Ost und West); und keinen Ausgang hat (null Volt), wenn 0 » 0 und 180° ist (Azimutwinkel Nord und Süd). Wenn daher das System einen Anfangsazimutwinfcel von 180° hat (oder nach Süd zeigt), kann keine Kreiselkompaß-Ausrichtung nach Nord erreicht werden, da kein Ausgang vom Nordfühler erhältlich ist.

Die Erfindung erlaubt die Kreiselkompaß-Ausrichtung von jedem Anfangsazimut winkel (einschließlich Süd) innerhalb derselben Reaktionszeit wie bei bekannten Ausführungen. Während der ersten 90 Sekunden des Anfangsverlaufes der Kreiselkompaßausrichtung wird der innere Kardanring (Ostkardanring) der Steuerungsbezugseinheit (übersetzt: Heading Reference Unit, abgekürzt HRU) abgeglichen. Nach den 90 Sekunden der Grobausrichtung tritt die HRU in die Kreiselkompaß-Ausrichtung ein und der Azimutkardanring der HRU wird physikalisch nach Nord gedreht. Während der Grobausrichtung wird ein Nei-

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gungsfehlersignal vom Nordfühler elektronisch in die Niveauschleife eingeführt. Dies- erzeugt eine falsche Ostkardanring-Niveaustellung und erzeugt dadurch ein Signal, ausgehend aus dem Nordfühler, das von dessen Normalwert abweicht. Wenn in die Kreiselkompaßausrichtung eingetreten wird, wird das Neigungs-fehlersignal zurückgezogen, aber der Nordfühler, der als Grundlage für die Drehung des HRU-Azimutkardanringes nach Nord benutzt wird, hat noch ein anderes Signal als sein wahres Signal. Der Azimut-Kardanring wird folglich in Bewegung gesetzt, sobald die Kreisäkompaßausrichtung begonnen hat, ohne Rücksicht auf die Anfangs-Azimutstellung. Fig. 6 zeigt eine Aufzeichnung von vier Kreiselkompaß-Ausrichtungen mit Anfangsazimutstellungen von 0° (geographisch Nord) bis zu 180° (Süd). Bemerkenswert ist in allen Fällen, daß nach Beginn der Kreiselkompaß-Ausrichtung das Nordfühler-Neigungsfehlersignal die Wirkung hat, den Azimut-Kardanring in der falschen Richtung zu drehen. Aber nach dem Schwingen um seine Anfangsazimutstellung korrigiert der Nordfühler sich selbst und die genaue Azimutrichtung wird gefunden. Diese Betriebsweise ist wiederholbar, wie in Fig. 6 dargestellt, und erlaubt Kreiselkompaß-Ausrichtung von jedem. Anfangsazimutwinkel aus einschließlich von 180° oder von Süd aus.

Vorstehend wurde die Weitwinkel-Kreiselkompaßausrichtung innerhalb 10 Minuten ohne BATH beschrieben. Ferner wurde ausgeführt, daß die Genauigkeit größer ist, da sich die System-Kreiselkompasse bis zu ihrem Endwert nicht auf frühere Beschränkungen der Kreiselkompaß-Ausrichtung verlassen. Ferner ist in der Erfindung nicht die Libellenablesung am Anfang entscheidend, sondern nur am Ende des Laufes des Kreiselkom-

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passes. Dies gestattet, die Anforderungen an die Wärmereaktion zu erweitern und die Last nicht auf die Stellung des Nordfühlers zum Drehen zu legen, wenn die Kreiselkompaß-Ausrichtung beginnt und sich nicht zu verlassen auf einen genauen Neigungsfühlerausgang, der größtenteils das dynamische Verhalten der Azimutachse bewirkt. Schließlich wurde gezeigt, daß die elektronischen Komponententoleranzen vergrößert und Kosteneinsparungen verwirklicht werden können durch Ausscheiden der BATH-Bauteileausrüstung sowie des dritten Libellen-Niveaufühlers.

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Claims

Pat ent anspräche

\1.J Kreiselkompaß-Ausrichtungssystem mit einem Fühler zur Feststellung der Abweichung von geographisch Nord, gekennzeichnet durch eine durch die Fühler betätigte Einrichtung zum Feststellen der Größe der Abweichung von geographisch Nord, eine Ostkreiselschleife, eine Azimutkreiselschleife, und eine durch die erwähnte Feststelleinrichtung betätigte Einrichtung zum Anlegen einer Spannung für hohe Drehgeschwindigkeit an die Azimut-Kreiselschleife und zum Umschalten der Ostkreiselschleife von einer Yerstärkung geringer Größe auf eine starke Verstärkung derart, daß die Schleifen rasch in einen Zustand versetzt werden, in welchem die Fühler genullt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Eckverbindung der Ostkreiselschleife zum niedrigen Verstärkungsniveau und zur Verbindung der Azimutschleife mit einer geringen Drehgeschwindigkeit, wenn die Feststelleinrichtung feststellt, daß das Signal vom Fühler innerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abschalten der Azimut kreiselschleife und zum Verbinden des Fühlers ausschließlich mit der Ostkreiselschleife, wodurch die Einrichtung auf eine Betriebsweise für grobe Ausrichtung eingestellt werden kann.

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4·. Vorrichtung nach. Anspruch 3» gekennzeichnet durch ein mit der Ostkreiselschleife verbundenes Fehlersignal zur Verhinderung der Azimutkreisel-Nullung in einer südlichen Richtung, wodurch der Azimutkreisel zur Krei si komp aß ausrichtung von einer beliebigen Anfangsazimutstellung aus befähigt wird.
5. Rasch reagierendes, unabhängiges Weitwinkelkreiselkompaß-Ausrichtungssystem, gekennzeichnet durch einen !Fühler für Nordrichtung, eine Ostkreiselschleife mit einem Ostmomentengeber geringer Geschwindigkeit und einem Momentengeber hoher Geschwindigkeit, einer Azimutkreiselschleife mit einem Azimutmoment engeb er geringer Geschwindigkeit und einem Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit, einer Einrichtung zum Schalten von einer Betriebsweise für Grobausrichtung zu einer Betriebsweise mit Kreiselkompaß, eine Einrichtung zur Ermittlung eines Signals, ausgehend vom Minier in der Kreiselkompaß-Betriebsweise und zur Betätigung des Azimutmomentengebers hoher Geschwindigkeit, wenn das Signal innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt, und eine Einrichtung zur Lieferung eines hohen Verstärkungsniveaus an den Ostmomentengeber für geringe Geschwindigkeit, sobald der Azimutmoment engeber hoher Geschwindigkeit betätigt wird.
6. Kreiselkompaß-Ausrichtungssystem, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Feststellen der Abweichung von geographisch Nord, einen Ostkardanring, verbunden mit einer Ostkreiselschleife, einen Azimut kardanring, verbunden mit einer Azimutkreiselschleife, einen Wählschalter für eine Grobausrichtungs-Niveaustellung und eine Kreiselkompaßstellung, und einen Schwellenspannungsdetektor zum Feststellen, wann der

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Ausgang aus dem Fühler eine vorbestimmte Schwellenspannung überschreitet und eine Einrichtung, die den Azimutkardanring auf hohe Geschwindigkeit bringt, wenn der Wählschalter auf Kreiselkompaß-Ausrichtung steht.
7. Kreiselkompaßausrichtsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Fehlersignal zum Anlegen an die Ostkreiselschleife zur Verhinderung des Mullens des Azimutkreisels in einer südlichen Sichtung, wodurch der Azimut kr ei sei zur Kreiselkompaß-Ausrichtung aus jeder beliebigen Anfangsazimutstellung in der Lage ist.
8. Schnell reagierendes, unabhängiges Weitwinkelkreiselkompaß-Ausrichtsystem mit einer Ostkreiselschleife, einer Azimutkreiselschleife und einem Fordfühler, mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Ausgangs aus dem Fühler, die eine Drehung hoher Geschwindigkeit erfordert, gekennzeichnet durch einen Wählschalter für eine Grobausrichtstellung und eine Kreiselkompaßstellung, eine Einrichtung zur Ermittlung eines Schwellenspannungssignals vom Fühler, während der Schalter sich in der Kreiselkompaß-Ausrichtstellung befindet, und eine Einrichtung zum wechselweisen Anlegen von Signalen an die Ostkreiselschleife und die Azimutkreiselschleife, wodurch der Fühler schnell in eine Mullbedingung gebracht wird.
9- Kreiselkompaß-Ausrichtsystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Fehlersignal, angelegt an die Ostkreiselschleife, wenn der Wählschalter in Grobausricht-Stellung ist zur Verhinderung der Nullung des Azimutkreisels in einer südlichen Richtung, wodurch der Azimutkreisel zur Kreiselkompaß-

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ausrichtung von jeder beliebigen Anfangsazimutstellung befähigt ist.
10. Kreiselkompaßausrichtsystem nach Anspruch 9j gekennzeichnet durch einen Ostmomentengeber geringer Geschwindigkeit in der Ostkreiselschleife, einen Azimutmomentengeber geringer Geschwindigkeit in der Azimutkreiselschleife, einen Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit in der Azimutkreiselschleife, eine erste Spannungs-Polaritätsquelle zum Anlegen an den Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit, eine zweite Spannungspolaritätsquelle zum Anlegen an den Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit, eine Einrichtung zum Auswählen der ersten Spannungspolaritätsquelle in dem Wähler, wenn die Kreiselkompaßausrichtung von einem positiven Winkel von Nord erfolgt und eine Einrichtung zum Auswählen der zweiten Spannungspolaritätsquelle, wenn die Kreiselkompaßausrichtung von einem negativen Winkel von Nord erfolgt und eine Einrichtung zum Schalten der Spannungsquellen auf den Azimutmomentengeber hoher Geschwindigkeit, wodurch der Fühler schnell auf Nullbedingung gebracht wird.
11. KreiselkompaßAusrichtsystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die aufgrund der Detektorfeststellung betrieben werden kann zum Steuern der Verstärkung in der Ostkreiselschleife.

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